Giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng IoT với giao thức CoAP

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IoT VÀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN

1.1. Tổng quan về mạng IoT

1.2. Khái niệm về IoT

1.3. Các dạng dạng IoT

1.4. Mô hình kiến trúc mạng IoT

1.5. Tóm lược và các giao thức tầng dạng của IoT

1.6. Tắc nghẽn và nguyên nhân tắc nghẽn

1.6.1. Khái niệm tắc nghẽn mạng

1.6.2. Nguyên nhân tắc nghẽn mạng

1.7. Tắc nghẽn mạng IoT

1.8. Điều khiển vòng hở và điều khiển vòng kín

1.8.1. Điều khiển dựa cửa sổ và điều khiển dựa tác động

1.9. Điều khiển tắc nghẽn mạng IoT

1.9.1. Điều khiển máy và khả năng áp dụng cho điều khiển tắc nghẽn

1.9.2. Khả năng áp dụng điều khiển máy cho điều khiển tắc nghẽn

1.10. Giao thức CoAP

1.10.1. Hoạt động của CoAP

1.10.2. Cơ chế điều khiển tắc nghẽn của CoAP

1.10.3. Các nghiên cứu liên quan cải tiến CoAP và những tồn tại

1.10.4. Các nghiên cứu liên quan cải tiến CoAP

1.10.5. Những tồn tại của CoAP và các nghiên cứu liên quan

1.10.6. Các tham số đánh giá hiệu năng giao thức CoAP

1.11. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TRUYỀN CHUỖI GÓI VÀ GIAO THỨC RCoAP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN DỰA VÀO TÁC ĐỘNG

2.1. Mô hình phân tích cho truyền chuỗi gói tin cây với CoAP

2.2. Sự đổi lượng tin kết nối đầu cuối của CoAP trong mạng IoT

2.3. Mô hình điều khiển tắc nghẽn cho CoAP

2.4. Tính toán tác động phát chuỗi gói tin của CoAP

2.5. Đề xuất giao thức RCoAP

2.6. Cơ chế hoạt động và điều khiển tắc nghẽn của RCoAP

2.7. Các trạng thái của giao thức RCoAP

2.8. Các thuật toán cơ bản của giao thức RCoAP

2.9. Tính toán hiệu năng giao thức RCoAP

2.10. Tính toán mất gói tin khi truyền

2.11. Các tham số hiệu năng khác

2.12. Kết quả mô phỏng cho RCoAP

2.12.1. Thiết lập môi trường mô phỏng

2.12.2. Tổng hợp các thay đổi cải tiến của RCoAP so với CoAP

2.13. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: GIAO THỨC FCoAP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN DỰA VÀO HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ

3.1. Giải pháp điều khiển tắc nghẽn sử dụng hệ điều khiển mờ

3.2. Sự đổi giải pháp và các tham số điều khiển. Phát hiện sớm tắc nghẽn

3.3. Tính toán băng thông các chai và tái lưu lượng chuỗi gói

3.4. Lựa chọn đầu vào cho hệ điều khiển mờ

3.5. Lựa chọn đầu ra cho hệ điều khiển mờ

3.6. Thiết kế hệ thống điều khiển mờ

3.7. Mô tả suy diễn mờ

3.8. Giải mờ, điều chỉnh tác động phát, cập nhật RTO

3.9. Giao thức FCoAP cho điều khiển tắc nghẽn mạng

3.10. Cơ chế điều khiển của FCoAP

3.11. Các trạng thái của giao thức FCoAP

3.12. Các thuật toán của giao thức FCoAP

3.13. Tính toán hiệu năng giao thức FCoAP

3.14. Đề trễ đầu cuối của FCoAP

3.15. Thông lượng của FCoAP

3.16. Các thông số hiệu năng khác

3.17. Kết quả mô phỏng đánh giá FCoAP

3.17.1. Thiết lập môi trường mô phỏng cho FCoAP

3.17.2. Kiểm tra hoạt động của hệ điều khiển mờ

3.17.3. So sánh hiệu năng FCoAP và CoAP

3.17.4. Hiệu năng FCoAP và CoAP khi có lưu lượng UDP thay đổi

3.17.5. Hiệu năng FCoAP và CoAP khi có lưu lượng CoAP hỗn hợp

3.17.6. FCoAP và CoAP khi có lưu lượng TCP/UDP hỗn hợp

3.17.7. So sánh FCoAP với CoAP, CoCoA, CoCoA+

3.17.8. So sánh FCoAP với RCoAP

3.18. Kết luận chương 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về mạng IoT và giao thức CoAP

Mạng IoT (Internet of Things) đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống hiện đại, kết nối hàng triệu thiết bị thông minh. Các thiết bị này có khả năng thu thập, xử lý và trao đổi dữ liệu qua Internet. Giao thức CoAP (Constrained Application Protocol) được thiết kế đặc biệt cho các thiết bị IoT với tài nguyên hạn chế, cho phép truyền tải dữ liệu hiệu quả hơn. CoAP hoạt động trên nền tảng UDP, giúp giảm thiểu độ trễ và chi phí truyền tải. Tuy nhiên, việc sử dụng CoAP cũng gặp phải một số thách thức, đặc biệt là vấn đề tắc nghẽn mạng. Tắc nghẽn xảy ra khi lưu lượng dữ liệu vượt quá khả năng xử lý của mạng, dẫn đến mất gói tin và giảm hiệu suất. Do đó, việc phát triển các giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng IoT với giao thức CoAP là rất cần thiết.

II. Nguyên nhân và tác động của tắc nghẽn trong mạng IoT

Tắc nghẽn trong mạng IoT thường xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm lưu lượng dữ liệu lớn, băng thông hạn chế và khả năng xử lý của thiết bị thấp. Khi tắc nghẽn xảy ra, các gói tin có thể bị mất, dẫn đến việc giảm hiệu suất mạng. Điều này đặc biệt nghiêm trọng trong các ứng dụng nhạy cảm với thời gian như giám sát y tế hoặc an ninh. Việc hiểu rõ nguyên nhân và tác động của tắc nghẽn là bước đầu tiên để phát triển các giải pháp điều khiển tắc nghẽn hiệu quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa băng thông và cải thiện khả năng xử lý của thiết bị có thể giúp giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn. Hơn nữa, việc áp dụng các thuật toán điều khiển tắc nghẽn thông minh có thể giúp duy trì hiệu suất mạng ổn định.

III. Các giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng IoT với giao thức CoAP

Để giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong mạng IoT, nhiều giải pháp điều khiển tắc nghẽn đã được đề xuất. Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng các thuật toán điều khiển tắc nghẽn dựa trên mô hình RCoAP, cho phép điều chỉnh lưu lượng dữ liệu một cách linh hoạt. RCoAP sử dụng các tham số như thời gian quay vòng (RTT) và thời gian phát lại (RTO) để tối ưu hóa quá trình truyền tải. Ngoài ra, việc áp dụng các phương pháp như FCoAP (Fuzzy CoAP) cũng đã cho thấy hiệu quả trong việc giảm thiểu tắc nghẽn. FCoAP sử dụng các thuật toán mờ để điều chỉnh lưu lượng một cách thông minh, giúp cải thiện hiệu suất mạng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp nhiều giải pháp điều khiển tắc nghẽn có thể mang lại hiệu quả cao hơn trong việc duy trì hiệu suất mạng ổn định.

IV. Đánh giá hiệu suất và ứng dụng thực tiễn

Việc đánh giá hiệu suất của các giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng IoT là rất quan trọng. Các thử nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng RCoAP và FCoAP đã giúp giảm thiểu đáng kể tình trạng tắc nghẽn, đồng thời cải thiện tốc độ truyền tải và độ tin cậy của mạng. Các ứng dụng thực tiễn của những giải pháp này rất đa dạng, từ giám sát y tế đến quản lý đô thị thông minh. Sự phát triển của các giải pháp điều khiển tắc nghẽn không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mạng mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho việc triển khai các ứng dụng IoT trong tương lai. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong bối cảnh mạng IoT ngày càng phát triển.

Luận án tiến sĩ về giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng IoT sử dụng giao thức CoAP